過碳酸鈉的制備與產(chǎn)品分析

過碳酸鈉的制備與產(chǎn)品分析1前言過碳酸鈉是一種新型氧系漂白劑,它集洗滌、漂白、殺菌于一體，無毒無味，漂白性能溫和，無環(huán)境污染。另外它還可用作供氧源、食品保鮮劑、氧化劑和金屬表面處理劑等等[1]。過碳酸鈉又名過氧碳酸鈉，為碳酸鈉和過氧化氫的加成化合物，屬于正交晶系層狀結(jié)構(gòu)，其分子式為2Na2CO3·3H2O2,相對分子質(zhì)量為314.58，其理論活性氧值為l5.3%。在水中的溶解度：l0℃時為l2.3g/100gH2O，30℃時為16.2g/100gH2O,隨著溫度的升高,溶解度也相應(yīng)地增加。濃度為1％(重量)的過碳酸鈉溶液在20℃時的pH值為l0.5，與相同條件下的過氧化氫和碳酸鈉的性質(zhì)相似，是一種優(yōu)良的無磷洗滌助劑，與過硼酸鈉(NaBO2·H2O2·3H2O)相比，過碳酸鈉活性氧含量高，溫時溶解性好，更適宜于冷水洗滌，因此，在能源日益緊張之際，用過碳酸鈉替代過硼酸鈉作漂白劑具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。在紡織行業(yè)中，它是一種新型的漂白劑，性能在許多方面優(yōu)于次氯酸鈉和雙氧水。與次氯酸鈉相比，對纖維無破壞作用，無異味，無污染。與雙氧水相比，放氧速度溫和，操作安全性高。它的采用帶來漂染行業(yè)的一次“工業(yè)革命”[2]。2實(shí)驗(yàn)原理和方法2.1實(shí)驗(yàn)原理2.1.1反應(yīng)原理碳酸鈉和雙氧水在一定條件下反應(yīng)生成過碳酸鈉，過碳酸鈉的理論活性氧含量為15.3％，反為放熱反應(yīng)，其反應(yīng)式如下[3]：2Na2CO3+3H2O2→2Na2CO3·3H2O2+Q2.1.2分解原理由于過碳酸鈉不穩(wěn)定，重金屬離子或其它雜質(zhì)污染，高溫，高濕等因素都易使其分解，從而降低過碳酸鈉活性氧含量。其分解反應(yīng)式為：2Na2CO3·3H2O2→2Na2CO3·H2O+H2O+3/2O2↑2Na2CO3·3H2O2→2Na2CO3+3H2O+3/2O2↑過碳酸鈉分解后,活性氧分解成H2O和O2,使得過碳酸鈉活性氧的含量降低因此,通過測定在不同條件下活性氧的含量及變化,即可研究過碳酸鈉的穩(wěn)定性[4]。2.2制備方法目前，過碳酸鈉的工業(yè)生產(chǎn)主要有干法和濕法兩種。干法是在熱空氣沸騰床中，往無水碳酸鈉上連續(xù)噴灑過氧化氫溶液即得產(chǎn)品。用不銹鋼、聚四氟乙烯和某些塑料作為結(jié)構(gòu)材料。其工藝簡單，流程短、產(chǎn)率高，但設(shè)備復(fù)雜，技術(shù)條件苛刻，能耗高，產(chǎn)品穩(wěn)定性差。濕法生產(chǎn)是由過氧化氫和碳酸鈉水溶液以一定的溫度在間歇式或連續(xù)式結(jié)晶器中進(jìn)行反應(yīng)、結(jié)晶、分離、干燥得到產(chǎn)品，母液返回使用。其工藝簡單、生產(chǎn)設(shè)備易得、投資少、技術(shù)條件易掌握、產(chǎn)品穩(wěn)定性較好、便于建廠生產(chǎn)。目前，除德國外幾乎所有生產(chǎn)國都是采用濕法生產(chǎn)。最近，日本發(fā)明了噴霧法制造過碳酸鈉，把過氧化氫和碳酸鈉分噴到反應(yīng)器中，從而使產(chǎn)品收率提高到94％以上，但此法技術(shù)條件不易掌握，難度較大，所以目前尚處于摸索中。因?yàn)楣I(yè)Na2CO3中一般含有Fe、Mn、Cu等金屬，由于這些金屬的存在，會促使反應(yīng)物H2O2分解，造成H2O2的損失，并使最終產(chǎn)品的儲存穩(wěn)定性能不好，因此，在精制Na2CO3過程中加入適量的硫酸鎂和硅酸鈉作絮凝劑沉淀出雜質(zhì)，同時，在碳酸鈉與過氧化氫反應(yīng)的過程中加入一定量的四苯基二膦和硅酸鈉作為穩(wěn)定劑就可改善制得的過碳酸鈉的穩(wěn)定性[5]。3儀器和藥品3.1實(shí)驗(yàn)儀器電動攪拌器、恒溫水浴鍋、滴定裝置、三頸燒瓶、玻璃棒、抽濾裝置、燒杯(100mL、1L)、錐形瓶(250mL)、表面皿等。3.2實(shí)驗(yàn)藥品和試劑無水碳酸鈉(AR)、30%過氧化氫(AR)、95%乙醇(AR)、硫酸鎂(AR)、濃硫酸(AR)、硅酸鈉(AR)、高錳酸鉀(AR)、草酸鈉(AR)等[6]。4實(shí)驗(yàn)部分4.1過碳酸鈉產(chǎn)品的制備表3KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定項目 序號1234m(Na2C2O4)/g0.15710.13920.13780.1441V(KMnO4)/mL23.1819.7019.8020.75C(KMnO4)/mol·L-10.020230.021090.020770.02073C/mol·L-10.020715.3過碳酸鈉活性氧含量的分析本組實(shí)驗(yàn)所得過碳酸鈉活性氧含量分析數(shù)據(jù)及處理如表4。表4過碳酸鈉活性氧含量分析數(shù)據(jù)及處理序號 項目m(過碳酸鈉)/gV(KMnO4)/mL活性氧含量/%平均值/%10.161322.9011.7611.8120.163023.3411.86從表4中活性氧含量可以看出，所測得產(chǎn)品活性氧含量比理論含量低較多，說明實(shí)驗(yàn)所得產(chǎn)品的質(zhì)量較差，所得產(chǎn)品為塊狀而不是蓬松狀也說明制得產(chǎn)品質(zhì)量較差，實(shí)驗(yàn)過程中條件和操作控制不到位。本實(shí)驗(yàn)所得正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和處理如表5。表5正交實(shí)驗(yàn)序號ABC有效氧含量/%平均值/%111110.3910.5110.45212213.3513.2013.28321211.7611.8611.81422111.9411.2211.58K123.7322.2622.03K223.3924.8625.09R0.342.603.06由表5可知，本實(shí)驗(yàn)過碳酸鈉制備的最優(yōu)條件為A2B1C